Οξείδιο του Αλουμινίου

Το οξείδιο του αργιλίου είναι επίσης γνωστό ως αλουμίνα και ο χημικός του τύπος είναι Al2O3. Μερικές φορές είναι επίσης γνωστό ως αλούνδιο, αλοξείδιο ή αλοξίτη. Είναι άμορφο υλικό, δεν έχει οσμή, φαίνεται λευκό και είναι αδρανές. Αυτή η ένωση είναι αδιάλυτη στο νερό και θερμικά ασταθής. Επίσης, αντιδρά τόσο με οξύ όσο και με βάσεις εξίσου. άρα είναι αμφοτερικός. Στη φύση, η αλουμίνα μπορεί να βρεθεί φυσικά σε κορούνδιο, ζαφείρι, σμαράγδι και ρουμπίνι. Καθημερινή χρήση της αλουμίνας είναι οι εφαρμογές της σε βιομηχανικά κεραμικά. Επίσης, χρησιμοποιείται σε εργαλεία κοπής και ως λειαντικό λόγω της σκληρότητάς του.

Παρασκευή οξειδίου του αλουμινίου

Η διαδικασία της Bayer χρησιμοποιείται για την παραγωγή αλουμίνας. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:

• Πέψη – Το μετάλλευμα βωξίτη (Al2O3.2H2O) συνθλίβεται και θερμαίνεται με καυστική σόδα (NaOH). Το διάλυμα αυτό θερμαίνεται για 2-8 ώρες στους 140-150C υπό υψηλή πίεση. Η δεξαμενή στην οποία θερμαίνεται ονομάζεται χωνευτήρας. Δεδομένου ότι η αλουμίνα είναι αμφοτερικής φύσης, αντιδρά με το υδατικό διάλυμα NaOH για να σχηματίσει αργιλικό νάτριο. Η αντίδραση για αυτό το βήμα μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

• Διήθηση – Ο βωξίτης περιλαμβάνει άλλα συστατικά εκτός από την αλουμίνα, η οποία δεν διαλύεται στο καυστικό οξύ. Τα αδιάλυτα συστατικά κατακάθονται στον πυθμένα του χωνευτήρα ως κόκκινη λάσπη. Αυτή η λάσπη αφαιρείται μέσω φιλτραρίσματος.
• Καθίζηση – Το υδροξείδιο του αργιλίου λαμβάνεται ως ίζημα όταν το διάλυμα αργιλικού νατρίου (NaAlO2) αραιώνεται με νερό και το μείγμα στη συνέχεια ψύχεται στους 50 C. Η αντίδραση για αυτό το βήμα μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

• Απύρωση – Το υδροξείδιο του αλουμινίου που λαμβάνεται από το προηγούμενο βήμα διηθείται, πλένεται, ξηραίνεται και στη συνέχεια θερμαίνεται στους 1010-1260 C σε ασβεστοποιητές. Αυτό δίνει οξείδιο του αλουμινίου. Η αντίδραση για αυτό το βήμα μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

Δομή

Η δομή της αλουμίνας αποτελείται από δύο άτομα αλουμινίου και τρία άτομα οξυγόνου. Κάθε άτομο αλουμινίου χάνει τρία ηλεκτρόνια για να αποκτήσει θετικό φορτίο +3 και κάθε άτομο οξυγόνου αποκτά δύο ηλεκτρόνια για να αποκτήσει αρνητικό φορτίο -2. Αυτό σχηματίζει μια ιοντική ένωση, αφού ένα μέταλλο (αλουμίνιο) χάνει ηλεκτρόνια σε ένα μη μέταλλο (οξυγόνο). Η δομή των κουκίδων του Al2O3 μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

Φυσικές ιδιότητες

Οι φυσικές ιδιότητες του οξειδίου του αλουμινίου είναι οι εξής:

• Έχει μοριακή μάζα 101,96 g·mol−1
• Έχει σημείο βρασμού 2.977 °C.
• Έχει πυκνότητα 3,95–4,1 g/cm3.
• Είναι σκληρό υλικό.
• Είναι ανθεκτικό στην ηλεκτρική ενέργεια.
• Έχει χαμηλή θερμική διαστολή.
• Έχει αντοχή στη διάβρωση.

Χημικές ιδιότητες

• Αντίδραση με νερό – Τα ιόντα οξειδίων στο Al2O3 διατηρούνται ισχυρά και επομένως δεν αντιδρούν με το νερό. Αυτό κάνει το Al2O3 αδιάλυτο στο νερό.
• Αντίδραση με οξέα – Το Al2O3 αντιδρά με οξέα λόγω της παρουσίας ιόντων οξειδίων. Για παράδειγμα, όταν αντιδρά με αραιό υδροχλωρικό οξύ, δίνει χλωριούχο αλουμίνιο και νερό. Όταν αντιδρά με ένα οξύ, λειτουργεί ως βάση.

• Αντίδραση με βάσεις – Το Al2O3 αντιδρά επίσης με βάσεις. Όταν αντιδρά με βάσεις, δρα ως οξύ. Για παράδειγμα, όταν αντιδρά με υδροξείδιο του νατρίου, σχηματίζει αργιλικό νάτριο και νερό.

Χρησιμοποιεί 

Η αλουμίνα χρησιμοποιείται στα ακόλουθα πεδία:

• Ιατρική βιομηχανία – Στην ιατρική, η αλουμίνα χρησιμοποιείται ως υλικό για ρουλεμάν αντικατάστασης ισχίου, στην ενίσχυση ιστών, ως προθέσεις, σε βιονικά εμφυτεύματα, σε οδοντικά εμφυτεύματα, σε εργαστηριακό εξοπλισμό όπως φούρνους και χωνευτήρια κ.λπ. Ο λόγος χρήσης της αλουμίνας στην ιατρική βιομηχανία είναι η σκληρότητα και η βιο-αδρανότητά της.
• Στρατιωτικός και προστατευτικός εξοπλισμός – Η αλουμίνα χρησιμοποιείται σε κάποιο στρατιωτικό εξοπλισμό, όπως θωράκιση σώματος. Χρησιμοποιείται επίσης σε προστατευτικό εξοπλισμό όπως θωράκιση αεροσκαφών, θωράκιση οχημάτων και αλεξίσφαιρα παράθυρα. Αυτό οφείλεται στις ελαφριές ιδιότητες και τη δύναμή του.
• Βιομηχανία ηλεκτρονικών – Η αλουμίνα χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτρικών μονωτών και μονώσεων κλιβάνων. Αυτό οφείλεται στα υψηλά σημεία τήξης και βρασμού του. Χρησιμοποιείται επίσης στη βιομηχανία μικροτσίπ με τη μορφή μεμβρανών αλουμίνας. Μερικές άλλες εφαρμογές της αλουμίνας στην ηλεκτρονική βιομηχανία περιλαμβάνουν μονωτικές ψύκτρες, μονωτές μπουζί και μικροηλεκτρικά υποστρώματα.
• Βιομηχανία πολύτιμων λίθων – Η κρυσταλλική μορφή αλουμίνας, το κορούνδιο είναι το βασικό στοιχείο για τα ρουμπίνια και τα ζαφείρια. Τόσο τα ρουμπίνια όσο και τα ζαφείρια είναι πολύτιμα πετράδια. Παίρνουν το χρώμα τους από ίχνη ακαθαρσιών. Τα ρουμπίνια παίρνουν το χρώμα τους από το χρώμιο ενώ τα ζαφείρια παίρνουν το χρώμα τους από το σίδηρο και το τιτάνιο.
• Βιομηχανικές εφαρμογές – Η αλουμίνα χρησιμοποιείται ως λειαντικό για γυαλόχαρτο λόγω της αντοχής της. Χρησιμοποιείται επίσης ως πληρωτικό σε τούβλα, πήλινα σκεύη και πλαστικά λόγω της αδρανούς φύσης του. Είναι επίσης ένα υποκατάστατο του διαμαντιού ως πιο οικονομική επιλογή. Μπορεί να είναι συστατικό σε οδοντόκρεμα και αντηλιακό.

Συμπέρασμα 

Το οξείδιο του αργιλίου είναι επίσης γνωστό ως αλουμίνα και ο χημικός του τύπος είναι Al2O3. Η δομή του αποτελείται από δύο άτομα αλουμινίου και τρία άτομα οξυγόνου. Κάθε άτομο αλουμινίου χάνει τρία ηλεκτρόνια, αποκτώντας έτσι φορτίο +3, και κάθε άτομο οξυγόνου αποκτά δύο ηλεκτρόνια, αποκτώντας έτσι ένα φορτίο -2.

Η αλουμίνα μπορεί να παρασκευαστεί με τη διαδικασία της Bayer. Σε αυτή τη διαδικασία, ο βωξίτης (μετάλλευμα αλουμινίου) θερμαίνεται με καυστική σόδα (NaOH). Σε αυτή τη διαδικασία λαμβάνεται αργιλικό νάτριο (NaAlO2), το οποίο, όταν αραιωθεί με νερό, δίνει υδροξείδιο του αργιλίου (Al(OH)3). Όταν θερμαίνεται το υδροξείδιο του αλουμινίου, προκύπτει οξείδιο του αλουμινίου και υδρατμοί.

Η αλουμίνα έχει υψηλό σημείο τήξης και βρασμού, είναι ανθεκτική στον ηλεκτρισμό και είναι αδιάλυτη στο νερό. Είναι αμφοτερικής φύσης, δηλαδή αντιδρά εξίσου με οξέα και βάσεις. Χρησιμοποιείται στην ιατρική βιομηχανία, την ηλεκτρονική βιομηχανία, τη βιομηχανία πολύτιμων λίθων, την κατασκευή προστατευτικού εξοπλισμού κ.λπ.